[发明专利]一种石墨—硬碳包覆型材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨—硬碳包覆型材料及其制备方法，采用石墨和低聚酚醛树脂进行混合后，进行固化和热解，以实现原位的石墨和硬碳的包覆。本发明采用酚醛树脂热解制备硬碳，将得到的硬碳包覆于石墨材料表面，制得高比容量的负极材料。

技术领域

本发明属于碳复合材料领域，更加具体地说，涉及一种碳负极材料及其制备方法。

背景技术

伴随着科学技术的进步，人类对于能源的需求量加大。一方面，传统的能源如石油、天然气、煤等储存量急剧下降；另一方面，这些能源的消耗带来的气候问题比如温室效应也不容忽视，时时刻刻威胁着人类正常的生产生活。电能是一种二次能源，自然界便利的水力资源、地热资源为发电提供了无限可能。同时寻找一种新的储能装置也是必不可少的，电池的出现再一次给人们的生活带了来巨大的改变，它体积小，便于储存，携带方便，一次、二次电池的选取可以随心所欲。为广大民众所接受，现在传统的靠燃烧汽油的机动车逐步向电力或者混合型动力汽车转变，这其中电池扮演的角色至关重要。

在电池这个领域，最受欢迎的是锂离子电池，它体积轻便，比能量高，适用范围很广，笔记本电脑、手机等电子产品几乎都是清一色的锂离子电池。目前，碳材料是锂离子电池领域最为火热的负极材料，而石墨占有的市场份额最大。以石墨为负极的锂离子电池正极材料为钴酸锂，电解液为EC:DEC:EMC＝1:1:1(V/V)且含有1mol/L的六氟磷酸锂的锂盐溶液。该电池的成功之处在于，循环寿命长，电压平台稳定，制造成本低廉，深受人们青睐，但是市场上的石墨/钴酸锂电池不能满足大倍率放电的需求，因此探索一种可以解决这个问题的电极材料，是科学家们义不容辞的责任。

石墨是最早应用于锂离子电池的负极碳材料，锂离子可以嵌入到碳层之间，每六个碳原子可以嵌入一个锂离子，因此石墨负极的比容量为372mAh/g，石墨有着价格低廉，等很多优点；但是也有循环性能差，首次效率低等缺点。对于石墨化得材料而言，PC不是一个良溶剂，因为溶剂会随着锂离子一起嵌入到石墨层间，造成石墨片层的剥落，从而造成锂离子电池循环性能的衰减。为了改善这种情况，通常选用EC作为溶剂，除此以外，还有通过改性石墨极材料的方法来解决这一问题。具体有如下三种方式：有机物覆盖于石墨表面，1000℃高温热解以后包覆于石墨表面；将石墨均匀分散于含有沥青的四氢呋喃溶液中，在稀有气体气氛中1000℃高温热解；把石墨和聚合物混合到一起，在800-1000℃下简单热分解。这样包覆以后，复合电极材料的比容量、循环性能等大有提升。硬碳是一种无定形碳，简单来说就是一种乱层堆叠，这种结构大大增加的嵌锂活性位点，容量高于石墨。普通硬碳来源于有机物或者聚合物高温热解，这就没法避免残留一些含氧基团，还有热解过程中会有气体产生，形成微孔，使得其首次不可逆容量下降。但是其循环稳定性和倍率性能很好，还是受到广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨—硬碳包覆型材料及其制备方法，采取用硬碳包覆石墨的方法，改善石墨循环性能差，综合石墨与硬碳的优点。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种石墨—硬碳包覆型材料及其制备方法，在石墨外层原位包覆硬碳，按照下述步骤进行：将酚醛树脂溶于溶剂中并加入石墨，待混合均匀后进行加热固化得到混合物，再将混合物进行热解，以实现原位的石墨和硬碳的包覆。

而且，酚醛树脂属于酚醛树脂低聚体，以能够溶解分散在溶剂中为准。

而且，溶剂为四氢呋喃、二甲基甲酰胺或者二甲基乙酰胺。

而且，酚醛树脂和石墨的质量比为10：(1—10)，优选10：(1—5)。

而且，将酚醛树脂溶于溶剂中采用搅拌超声交替进行，直到酚醛树脂全部溶解。

而且，在加入石墨后，磁力搅拌6—10小时以混合均匀。